金属、氧化物复合催化材料中的表面科学问题

Metals and oxides are quite different in atomic and electronic structures. Metals usually assume simple atomic structures. The surface is rich of atomic steps. The electrons are delocalized. On the other hand, oxides assume more complicated structures. The surface is usually reconstructed. The electrons are localized and highly correlated. New materials formed by combining the two distinct materials in nano scale will have unique surface and interface properties and can be applied in many applications. In this project, we will study the surface and interface atomic and electronic properties of the metal／oxide catalysts for methanol synthesis from CO2 and H2. Our aim is to design more effective, more economical, and safer catalysts. The conclusion of the project will be helpful to the upcoming revolution in chemical industry, and in reducing or even taking advantage of the green house gas released to the atmosphere that endangers the globe.

金属和氧化物是性质差异比较大的两种材料。金属一般具有简单的原子结构，表面上有丰富的原子台阶，电子一般是非局域的；而氧化物一般具有较复杂的原子结构，表面上再构是主要的，电子一般却是局域的，且一般有较强的电子关联。将这两种材料在纳米尺度结合在一起，形成的新材料具有特别的表面、界面性质，应用前景广阔。本项目以工业上利用二氧化碳和氢气合成甲醇的金属、氧化物复合催化剂为研究对象，研究它们独特的表面、界面等原子结构和电子结构性质，以及相应的物理化学性质，目标是设计出更加高效、经济、安全的金属、氧化物复合催化材料，以期为相应的化学工业带来革命性变化，为最终消化、利用大气中威胁人类生存的温室气体指明技术创新和突破的研究方向。

化石能源的过度消耗使大气中的CO2浓度急剧升高，导致全球气候变暖，对人类的生存和发展构成了巨大威胁。利用可再生能源，将CO2转换为化工原料，是解决该难题的潜在手段。科学上，CO2转换的核心问题和最大挑战为高效催化剂的设计与合成。经过4年的努力，我们对金属和氧化物形成的复合体系的复杂结构、对CO2氢化过程中的路径选择的机制和调制方法、对设计新型高效的CO2氢化催化剂的方法策略等有了全新和较完整的认识。这些规律的掌握对发展更高效的CO2转换方法有重要意义。我们共发表相关 SCI文章9篇，从研究组毕业博士2名，硕士10名。特别是，我们对下一步的工作有了清晰的思路，对将来产出更多的研究成果充满信心。

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